Методика розрахунку основних конструктивних розмірів інжекційного пальника низького тиску

Основні розміри пальника визначають, виходячи з необхідної номінальної теплової потужності або розрахункових витрат газу та основних характеристик і параметрів газу: нижчої теплоти згорання газу (МДж/м³ ), щільності газу (кг/м³ ), тиску газу перед пальником Р_г (Па).

1. Для односоплового факельного пальника (рис. 2.1, а) міні­мальний тиск газу, який забезпечує нормальну його роботу, Па:

2. Номінальні витрати газу пальником, м³/год. :

3. Площа поперечного перерізу сопла для проходження розра­хункової кількості газу, м² :

де – середня швидкість витікання газу із сопла, м/с ;

де   – коефіцієнт витрат, який враховує зміни швидкості стру­меня газу у зв’язку із опором тертя і стиснення струменя.

Коефіцієнт витрат залежить від форми проточної частини сопла. Для найбільш часто використовуваних форм сопел (рис. 2.2, б) коефіцієнт дорівнює:

Форма сопла	1	2	3	4
Коефіцієнт	0,7	0,8	0,87	0,75-0,87

Рис. 2.1. Розрахункові схеми інжекційних пальників:

а – односоплова факельна; б – багатосоплова факельна; в – безполум’яна:

1 – сопло; 2 – регулятор первинного повітря; 3 – змішувач; 4 – насадка; 5 – отвір для виходу газоповітряної суміші; 6 – рефлектор; 7 – розподільна коробка; Д₁ – діаметр сопла; Д₂, ℓ₂ – відповідно діаметр і довжина конфузора; Д₃, ℓ₃ – відповідно діаметр і довжина горловини; Д₄, ℓ₄ – відповідно діаметр і довжина дифузору, Д₀ – діаметр отвору для виходу газоповітряної суміші; L – довжина насадки; ℓ′ – довжина кінцевого відрізку насадки; ℓ_о – висота припливу отвору для виходу газоповітряної суміші; S – відстань між отворами для виходу газоповітряної суміші.

Величина коефіцієнта для сопел канального типу (форма сопла 4 ) залежить від співвідношення довжини циліндрічної частини сопла і діаметра сопла :

Величина	0,18	0,35	0,45	0,55	1,0	2,25	4,5
Коефіцієнт	0,75	0,84	0,85	0,87	0,85	0,84	0,83

4. Діаметр сопла визначають із рівнянь (ІІ.60 і ІІ.61), м :

Діаметр горловини змішувача визначають із рівняння збере­ження кількості руху при змішуванні потоків газу і первинного повітря. Для 1 м³ газу кількість руху дорівнює , для повітря, що інжектується, кількість руху , тому що початкова швидкість повітря

У горловині змішувача кількість руху газоповітряної суміші дорівнює тоді:

 

де   – об’ємна кратність інжекції (визначається за формулою (ІІ.52);

– щільність газу і повітря, кг/м³ ;

– швидкість газу і суміші газу з повітрям, м/с.

Рис. 2.2. Інжекційні факельні пальники:

а – схема пальника: 1– газопровід; 2 – регулятор первинного повітря; 3 – сопло; 4 – конфузор; 5 – горловина; 6 – дифузор; 7 – насадка; 8 – вихідні отвори; б – форми сопла: 1 – з кутом конуса 90º; 2 – з кутом конуса 50º; 3 – з кутом конуса 16º; 4 – з кутом конуса 90º і з циліндричною вихідною частиною; Д₁ – діаметр сопла; ℓ₁ – довжина циліндричної частини сопла;

в, г, д, е – насадки пальників.

Виразивши витрати газу і суміші через відповідні швидкості і перерізи, отримуємо:

звідси:

Підставивши значення і в рівняння (ІІ.63) і поділивши обидві частини рівняння на , отримуємо діаметр горловини, м :

5. Діаметри конфузора і дифузора змішувача прийма­ються такими, м:

6. Довжини горловини і конфузора змішувача прийма­ються такими, м :

Конфузор сполучається з горловиною за дугою кола радіу­сом 

7. Довжина дифузора, м :

де – кут розширення дифузора ( ).

8. Діаметр отворів насадки для виходу газоповітряної суміші D_о приймається у межах 2...4 мм (для теплових апаратів підпри­ємств харчування).

9. Максимальну швидкість виходу суміші із отворів насадки ви­значають за графіком (рис. 2.3).

10. Сумарна площа отворів насадки, м :

(ІІ.68)

11. Кількість отворів насадки, шт.:

 

12. Крок отворів насадки за-лежно від їх діаметра D_о і коефіцієнта інжекції прий­мається за таблицею 2.1.

При однорядному розта­шуванні отворів приймають мінімальний крок, при дво­рядному – максимальний.

Відстань між рядами мм.

Таблиця 2.1

Залежність кроку отворів насадки від діаметра отворів і коефіцієнта інжекції

Діаметр отвору насадки, мм	Максимальний крок S залежно від , мм			Мінімальний крок S залежно від , мм
1,0	7	4	–	5	4	–
2,0	13	18	6	9	7	5
3,0	18	12	8	12	9	6
4,0	20	15	11	14	12	8
5,0	23	19	15	16	14	10
6,0	26	22	18	18	16	13

13. Довжина насадки, мм :

де – кількість рядів отворів насадки, шт.;

 – довжина кінцевого відрізку насадки (як правило, ).

Для забезпечення стійкого горіння передбачають стабілізую­чі пристрої, наприклад, у вигляді тепловідвідних припливків у вихідних отворах насадки. Висоту припливків отворів для вихо­ду газоповітряної суміші приймають рівною , але не більше 12 мм для отворів великого діаметра.

14. Омивання поверхні, що нагрівається, внутрішнім конусом факела полум’я приводить до хімічного недопалу. Тому міні­мальна відстань від насадки пальника до поверхні, що нагрі­вається, повинна бути більшою за висоту внутрішнього конусу полум’я, мм :

 

де   – коефіцієнт, який залежить від виду горючого газу і кое­фіцієнта інжекції (табл. 17);

– питома теплова напруга вихідних отворів насадки, Вт/мм²:

Після розрахунку основних конструктивних розмірів інжекційного пальника низького тиску в лабораторному журналі оформлюється звіт про виконану роботу, в якому повинні бути відображені наступні питання:

1) схема внутрішньооб’єктового газопроводу;

2) схеми односоплового, багатосоплового і безполум’яного пальника;

3) розрахунок основних конструктивних розмірів інжекційних пальників низького тиску;

4) аналіз проведених розрахунків.